專利名稱：一種定量測定鋁合金壓鑄件內(nèi)部含氣量的方法及裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于鑄造技術(shù)領(lǐng)域，具體地說是提出了一種定量測定鋁合金壓鑄件內(nèi)部氣體含量的方法及裝置。
背景技術(shù)：
鋁合金壓鑄件是一種采用壓力鑄造方法成形的零件。壓力鑄造成形是將熔融的鋁合金液體澆入壓鑄機(jī)的壓室內(nèi)，然后由沖頭將鋁液高速壓入金屬模具型腔中，從而鑄造出具有一定形狀和尺寸的零件。由于在壓鑄過程中，金屬液是以高速高壓狀態(tài)充填模具型腔的，模具型腔中的大量氣體來不及排出而被紊流的金屬液卷入其中而成為氣孔缺陷。此外鋁液中還溶解有氫，氫因鋁液的溫度降低，在鋁液中的溶解度下降而析出，若析出的氫來不及排出而殘留在鑄件內(nèi)部也會(huì)形成氣孔。因此氣孔是壓鑄件最常見的缺陷，氣孔的存在不僅減少了壓鑄件的有效承載面積，而且會(huì)造成局部應(yīng)力集中，成為壓鑄零件斷裂的裂紋源。一些形狀不規(guī)則的氣孔，還會(huì)增加缺口的敏感性，使金屬的強(qiáng)度下降和抗疲勞能力降低。檢測壓鑄件內(nèi)部氣孔缺陷的常用方法有超聲波、X光無損探傷、密度法等，這樣可通過氣孔缺陷的判定來間接評估鑄件內(nèi)部含氣量的多少，但無法精確確定鑄件內(nèi)部的氣體含量。專利文獻(xiàn)“鋁合金壓鑄件氣體含量真空法測定裝置和方法”(CN86105181A，
公開日為1987年05月06日)提出了一種根據(jù)理想氣體方程計(jì)算鑄件內(nèi)氣體含量的裝置。但由于測定區(qū)域的溫度、以及氣體密度的波動(dòng)等參數(shù)影響，該方法的定量檢測誤差較大。因此需要研究一種更為準(zhǔn)確的定量檢測壓鑄件內(nèi)部氣體含量的方法。綜上所述，目前在定量測定壓鑄件內(nèi)部含氣量的方法及裝置研制方面存在很大的不足，所應(yīng)用的方法幾乎都為定性評價(jià)。因此開發(fā)能夠定量測定壓鑄件內(nèi)部含氣量的技術(shù)對于評價(jià)鑄件內(nèi)部質(zhì)量具有重要意義。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于提供一種定量測定鋁合金壓鑄件內(nèi)部含氣量的方法及裝置，以克服現(xiàn)有技術(shù)中存在的檢測誤差較大的缺陷。本發(fā)明提供的一種定量測定鋁合金壓鑄件內(nèi)部氣體含量的方法，包括下述步驟:第I步將壓鑄件的某一部分或整體洗凈計(jì)量后放置到真空室中，用真空泵抽成真空至0.0lPa以下,記錄此時(shí)的真空壓力值Fl ；第2步使真空室與真空泵隔離，再將鑄件加熱使其熔化，鑄件中的氣體逸出，真空室中壓力增加，記錄此時(shí)的真空壓力值F2 ；第3步將獲得的上述真空壓力差值(F2-F1)，對應(yīng)氣體標(biāo)準(zhǔn)曲線，換算得到壓鑄件內(nèi)部的氣體含量。本發(fā)明提供的一種定量測定鋁合金壓鑄件內(nèi)部氣體含量的裝置，其特征在于，該裝置包括加熱爐、真空系統(tǒng)、定量供氣系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)；所述真空系統(tǒng)包括真空室、上蓋、電阻真空計(jì)、溫度計(jì)以及真空機(jī)組；上蓋安裝于真空室頂部，上蓋與真空室之間通過密封圈密封，從而形成密閉空間；真空機(jī)組與真空室連接；電阻真空計(jì)、溫度計(jì)安裝在上蓋上，分別用于測量真空室內(nèi)的真空度和溫度；所述定量供氣系統(tǒng)的進(jìn)氣端用于與外接氣源相連，出氣端與真空室相連；所述冷卻系統(tǒng)的冷卻通道位于上蓋中，用于冷卻置于真空室與上蓋之間的密封圈。通過本發(fā)明所構(gòu)思的以上技術(shù)方案，與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明允許定量測量壓鑄件內(nèi)部的氣體含量，并具有較高的測量精度，能夠準(zhǔn)確的評價(jià)鑄件中的氣孔缺陷。這必將有助于鑄件成形過程中工作條件和工藝的改善和優(yōu)化，以盡量減少氣體的卷入，從而降低鑄件內(nèi)部的氣體含量。本發(fā)明為評價(jià)壓鑄件氣孔缺陷、優(yōu)化鑄造工藝提供科學(xué)依據(jù)。


圖1為本發(fā)明裝置的一種具體實(shí)施方式
的結(jié)構(gòu)示意圖，其中:1、加熱爐，2、電阻絲，3、真空室，4、上蓋，5、第二截止閥，6、真空機(jī)組，7、機(jī)械泵，8、第三截止閥，9、羅茨泵，10、第四截止閥，11、油擴(kuò)散泵，12、第一截止閥，13、定量供氣系統(tǒng)，14、第五截止閥，15、定量管，16、第六截止閥，17、電阻真空計(jì)，18、溫度計(jì)，19、冷卻系統(tǒng)，20、坩堝，21、待測零件。圖2為真空壓力差值與氣體體積之間的標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制方法。圖3為本發(fā)明方法進(jìn)行氣體含量測試過程示意圖。
具體實(shí)施例方式由于模具型腔內(nèi)部的氣體來源主要有兩類，一是空氣；二是涂料、沖頭潤滑油等在遇到高溫鋁液時(shí)揮發(fā)、分解而產(chǎn)生的氣體，因此鑄件內(nèi)部的氣體成分主要氮?dú)?、氧氣、CO2以及甲烷等。下面結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式
作進(jìn)一步說明。在此需要說明的是，對于這些實(shí)施方式的說明用于幫助理解本發(fā)明，但并不構(gòu)成對本發(fā)明的限定。此外，下面所描述的本發(fā)明各個(gè)實(shí)施方式中所涉及到的技術(shù)特征只要彼此之間未構(gòu)成沖突就可以相互組合。本發(fā)明實(shí)例提供的方法包括下述步驟:第I步將壓鑄件的某一部分或整體洗凈計(jì)量后放置到真空室中，用真空泵抽成真空至0.0lPa以下,記錄此時(shí)的真空壓力值Fl ；第2步使真空室與真空泵隔離，再將鑄件加熱使其熔化，鑄件中的氣體逸出，真空室中壓力增加，記錄此時(shí)的真空壓力值F2 ；第3步將獲得的上述真空壓力差值(F2-F1)，對應(yīng)氣體標(biāo)準(zhǔn)曲線，換算得出壓鑄件內(nèi)部的氣體含量。所述氣體標(biāo)準(zhǔn)曲線按照下述方法得到:第I步將成分與鑄件內(nèi)部的氣體成分一致的混合氣體注入到密閉的真空室中，記錄注入氣體之前初始時(shí)的真空室壓力和注入氣體之后溫度穩(wěn)定時(shí)的真空室壓力，并計(jì)算得到真空壓力差值；初始時(shí)的真空室壓力在0.0lPa以下；第2步測試至少3種以上不同體積的所述混合氣體，得到不同體積下的真空壓力
差值;第3步將真空室的真空壓力差值和注入的氣體體積相對應(yīng)，繪制真空壓力差值與氣體體積的標(biāo)準(zhǔn)曲線，即X軸為注入氣體前后的真空壓力差值，y軸為氣體體積。本發(fā)明中所述氣體或混合氣體的體積均是指大氣壓力下的體積。如圖1所示，本發(fā)明實(shí)例提供的裝置主要由加熱爐、真空系統(tǒng)、定量供氣系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)組成。加熱爐I作為一個(gè)熱源，主要是提供熔化鋁合金壓鑄件所需的熱量。加熱爐I通過電阻絲2發(fā)熱產(chǎn)生熱量從而使待測零件21熔化。真空系統(tǒng)主要是由真空室3、上蓋4、電阻真空計(jì)17、溫度計(jì)18以及真空機(jī)組6組成。上蓋4安裝于真空室3頂部，上蓋4與真空室3之間通過密封圈密封，從而形成密閉空間。為了使真空室3內(nèi)的壓力達(dá)到0.0lPa以下，真空機(jī)組6包含由油擴(kuò)散泵11、羅茨泵9和機(jī)械泵7構(gòu)成的真空泵組合，以及第一至第四截止閥12、5、8和10 ;其中，機(jī)械泵7、第三截止閥8通過管道與真空室3連接構(gòu)成粗抽管路，同時(shí)羅茨泵9與機(jī)械泵7、第四截止閥10通過管道與真空室3連接構(gòu)成油擴(kuò)散泵11的前級真空管路，而第一截止閥12、油擴(kuò)散泵
11、第二截止閥5、羅茨泵9、機(jī)械泵7與真空室2通過管道依次串接構(gòu)成抽真空閉合管路。在上蓋4上安裝有用于測量真空室3內(nèi)的真空度和溫度的電阻真空計(jì)17和溫度計(jì)18。檢測時(shí)，放有待測零件21的坩堝20置于真空室3中，真空室3放置在加熱爐I內(nèi)，與上蓋4通過多重密封圈密封，以保證不漏氣。在上蓋4中開有通道，電阻真空計(jì)17和溫度計(jì)18通過通道進(jìn)入真空室3內(nèi)測量。真空室中的工作壓力至少在0.0lPa以下，真空機(jī)組6中油擴(kuò)散泵11為主泵，與羅茨泵9、機(jī)械泵7串聯(lián)使用。整個(gè)真空機(jī)組6通過真空管道與真空室上蓋4相連，由第一截止閥至第四截止閥控制各個(gè)真空管道的通斷。在利用真空機(jī)組6對真空室3進(jìn)行抽真空時(shí)，應(yīng)先打開第三截止閥8，啟動(dòng)機(jī)械泵7對真空室3進(jìn)行粗抽，待電阻真空計(jì)17顯示的壓力值穩(wěn)定后，先關(guān)閉第三截止閥8然后打開第四截止閥10，啟動(dòng)羅茨泵9，待壓力值再次穩(wěn)定時(shí)先關(guān)閉第四截止閥10再依次打開第二截止閥5、第一截止閥12和油擴(kuò)散泵11，抽真空結(jié)束后，按順序關(guān)閉第一截止閥12、油擴(kuò)散泵11、第二截止閥
5、羅茨泵9和機(jī)械泵7。定量供氣系統(tǒng)13包括依次通過管道連接的第五截止閥14、定量管15和第六截止閥16，定量供氣系統(tǒng)13的進(jìn)氣端用于與外接氣源相連，出氣端與真空室3相連。定量管15具有多種不同的容積，可根據(jù)需要更換不同體積，實(shí)現(xiàn)對真空系統(tǒng)注入不同體積氣體的功能，以繪制氣體標(biāo)準(zhǔn)曲線。冷卻系統(tǒng)19為循環(huán)水冷裝置，冷卻通道位于上蓋4中，用于冷卻置于真空室3與上蓋4之間密封圈，以保證密封圈在高溫下仍具有很好的密封效果。如圖2、圖3所示，上述裝置的具體工作過程為:1、標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制(I)關(guān)閉真空機(jī)組6中的截止閥即第一截止閥至第四截止閥，開啟第六截止閥16，確保第五截止閥14關(guān)閉，往定量管15中通入氣體。(2)關(guān)閉第六截止閥16，利用真空機(jī)組6對真空室3進(jìn)行抽真空，使真空室3中的壓力保持在0.0lPa以下，記錄此時(shí)真空室3中的壓力值。(3)關(guān)閉真空機(jī)組6中所有的截止閥，斷開真空機(jī)組6與真空室3的連接，即抽真空結(jié)束。(4)保持真空室3密閉，加熱爐3開始工作，將溫度設(shè)置為700°C，該溫度一直維持到該過程結(jié)束。(5)開啟第五截止閥14，釋放定量管15中的氣體進(jìn)入到真空室中，待溫度穩(wěn)定后記錄此時(shí)真空室3的壓力值，與步驟(2)中得到的壓力值做差得到壓力增加值。(6)更換定量管15，重復(fù)以上步驟的(1)-(5)。(7)將測得的數(shù)據(jù)點(diǎn)，以壓力增加值為X軸，氣體體積為y軸繪制氣體標(biāo)準(zhǔn)曲線，并擬合標(biāo)準(zhǔn)曲線，得出表達(dá)式。2、壓鑄件內(nèi)部含氣量的測定(I)將待測零件21放入氫氧化鈉溶液中2分鐘左右，用水洗凈后，浸入硝酸中約30秒，依次再用水、酒精和丙酮洗凈，馬上對其吹冷風(fēng)，立即定量，并放入到置于真空室3中的土甘禍20內(nèi)，蓋緊真空室上蓋4。(2)利用真空機(jī)組6對真空室3進(jìn)行抽真空，使真空室3中的壓力保持在0.0lPa以下，記錄此時(shí)真空室3中的壓力值。(3)關(guān)閉真空機(jī)組6中所有的截止閥，斷開真空機(jī)組6與真空室3直接的連接。(4)保持真空室3密閉，加熱爐3開始工作·，將溫度設(shè)置為700°C，該溫度一直維持到該過程結(jié)束，使待測零件21熔化。(5)待溫度穩(wěn)定后記錄此時(shí)真空室3的壓力值，與步驟(2)中得到的壓力值做差得到壓力增加值。(6)通過標(biāo)準(zhǔn)曲線將壓力增加值換算成氣體含量。實(shí)施例1在2800KN臥式冷室壓鑄機(jī)上對AlSilOMg合金進(jìn)行普通壓鑄和真空壓鑄，利用本裝置對得到的零件進(jìn)行含氣量測試，對比測試結(jié)果如表I所示。實(shí)施例2將壓鑄件各部分切開，分別將零件部分、余料塊和溢流槽進(jìn)行含氣量測試，測試結(jié)果如表2所示。本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，以上所述僅為解釋本發(fā)明的而選的實(shí)施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。表1 AlSilOMg合金普通壓鑄和真空壓鑄零件的含氣量(ml/100g)
權(quán)利要求
1.一種定量測定鋁合金壓鑄件內(nèi)部氣體含量的方法，包括下述步驟: 第I步將壓鑄件的某一部分或整體洗凈計(jì)量后放置到真空室中，用真空泵抽成真空至0.0lPa以下,記錄此時(shí)的真空壓力值Fl ； 第2步使真空室與真空泵隔離，再將鑄件加熱使其熔化，鑄件中的氣體逸出，真空室中壓力增加，記錄此時(shí)的真空壓力值F2 ； 第3步將獲得的上述真空壓力差值(F2-F1)，對應(yīng)氣體標(biāo)準(zhǔn)曲線，換算得到壓鑄件內(nèi)部的氣體含量。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的定量測定鋁合金壓鑄件內(nèi)部氣體含量的方法，其特征在于，所述氣體標(biāo)準(zhǔn)曲線按照下述過程得到: ①將成分與鑄件內(nèi)部的氣體成分一致的混合氣體注入到密閉的真空室中，記錄注入氣體之前初始時(shí)的真空室壓力和注入氣體之后溫度穩(wěn)定時(shí)的真空室壓力，并計(jì)算得到真空壓力差值；初始時(shí)的真空室壓力在0.0lPa以下； ②測試至少3種以上不同體積的所述混合氣體，得到不同體積下的真空壓力差值； ③將真空室的真空壓力差值和注入的氣體體積相對應(yīng)，繪制真空壓力差值與氣體體積的標(biāo)準(zhǔn)曲線，即X軸為注入氣體前后的真空壓力差值，y軸為氣體體積。
3.一種定量測定鋁合金壓鑄件內(nèi)部氣體含量的裝置，其特征在于，該裝置包括加熱爐、真空系統(tǒng)、定量供氣系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)； 所述真空系統(tǒng)包括真空室(3)、上蓋(4)、電阻真空計(jì)(17)、溫度計(jì)(18)以及真空機(jī)組(6);上蓋(4)安裝于真空室(3)頂部，上蓋(4)與真空室(3)之間通過密封圈密封，從而形成密閉空間；真空機(jī)組(6)與真空室(3)連接；電阻真空計(jì)(17)、溫度計(jì)(18)安裝在上蓋(4)上，分別用于測量真空室(3)內(nèi)的真空度和溫度； 所述定量供氣系統(tǒng)的進(jìn)氣端用于與外接氣源相連，出氣端與真空室(3)相連； 所述冷卻系統(tǒng)的冷卻通道位于上蓋⑷中，用于冷卻置于真空室⑶與上蓋⑷之間的密封圈。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的定量測定鋁合金壓鑄件內(nèi)部氣體含量的裝置，其特征在于，真空機(jī)組(6)包括油擴(kuò)散泵(11)、羅茨泵(9)、機(jī)械泵(7)、第一截止閥(12)、第二截止閥(5)、第三截止閥⑶和第四截止閥(10);其中，機(jī)械泵(7)、第三截止閥⑶通過管道與真空室(3)連接構(gòu)成粗抽管路，同時(shí)羅茨泵(9)與機(jī)械泵(7)、第四截止閥(10)通過管道與真空室(3)連接構(gòu)成油擴(kuò)散泵(11)的前級真空管路，而第一截止閥(12)、油擴(kuò)散泵(11)、第二截止閥(5)、羅茨泵(9)、機(jī)械泵(7)與真空室(3)通過管道依次串接構(gòu)成抽真空閉合管路。
5.根據(jù)權(quán)利要求3或4所述的定量測定鋁合金壓鑄件內(nèi)部氣體含量的裝置，其特征在于，所述定量供氣系統(tǒng)包括依次通過管道連接的第五截止閥(14)、定量管(15)和第六截止閥(16)，定量管(15)具有多種不同的容積。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種定量測定鋁合金壓鑄件內(nèi)部氣體含量的方法及裝置。先將壓鑄件的某一部分或整體洗凈計(jì)量后放置到真空室中，用真空泵抽成真空至0.01Pa以下，記錄真空壓力值F1；再使真空室與真空泵隔離，再將鑄件加熱使其熔化，鑄件中的氣體逸出，真空室中壓力增加，記錄真空壓力值F2；最后利用F2-F1，對應(yīng)氣體標(biāo)準(zhǔn)曲線，換算得出壓鑄件內(nèi)部的氣體含量。裝置包括加熱爐、真空系統(tǒng)、定量供氣系統(tǒng)以及冷卻系統(tǒng)。本發(fā)明允許定量測量壓鑄件內(nèi)部的氣體含量，并具有較高的測量精度，能夠準(zhǔn)確的評價(jià)鑄件中的氣孔缺陷。本發(fā)明為評價(jià)壓鑄件氣孔缺陷、優(yōu)化鑄造工藝提供科學(xué)依據(jù)。
文檔編號G01N7/16GK103196786SQ20131008091
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月14日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月14日
發(fā)明者萬里, 吳克亦, 吳樹森 申請人:華中科技大學(xué)